whatsapp call admin

مقاله در مورد خوردگی در شیمی

word قابل ویرایش
65 صفحه
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

خوردگی در شیمی

تغییراتی راکه در مواد در نتیجه واکنش های شیمیایی یا الکتروشیمیایی سطحی با محیط اطراف آنها ایجاد شده و باعث تخریب تدریجی قطعات می شود خوردگی نامند. مقاومت شیمیایی به عنوان قابلیت ماده از نظر ایستادگی در مقابل تخریب در اثر واکنش شیمیایی بین سطح تماس قطعه و محیط اطراف آن (اعم از مایع مانند آب ،گاز مانند( s, o2 , n o x Nh3 )جامد مانند ماده سوخت هسته ای و جدار داخلی ظرف حاوی سوخت ) تعریف شده است ، کافی نبودن این مقاومت شیمیایی یکی از دلایل برای محدود بودن طول عمر قطعات یا ماشین آلات وتجهیزات صنعتی است . بنا بر این خوردگی واکنشی نامطلوب است که سبب جداشدن تدریجی اتمها از سطح قطعه و تخریب آن میگردد .

سرعت فعل و انفعال خوردگی بستگی به عواملی مانند درجه حرارت و غلظت محیط اثر کننده خواهد داشت . البته عوامل دیگری مانند تنش مکانیکی و فرسایش میتواند به خوردگی کمک کند .
پدیده خوردگی بیشتر در فلزات و آلیاژهای آنها ظاهر می گردد ، زیرا که اغلب فلزات و آلیاژها تمایل به ایجاد ترکیباتی با اتمها یا مولکولهایی از محیط اطراف خود ( در بسیاری از حالات محیط اکسید کننده از ناپایداری کمتری برخوردار است ) که تحت شرایط موجود از لحاظ ترمودینامیکی پایدار است ، دارد.
مواد غیر فلزی مانند مواد سرامیکی ( بویژه از نوع اکسید) و پلیمری تحت تاثیر واکنشهای الکترو شییمیایی قرار نمی گیرد ، اما تحت شرایطی واکنش های شیمیایی میتواند بطور مستقیم بر روی این مواد تاثیر نموده و موجب تخریب آنها گردد .برای مثال سرامیکهای نسوز در درجه حرارتهای بالا میتواند با نمک مذاب واکنش های شیمیایی انجام دهد . پلیمرهای آلی هم میتواند با انجام واکنش شیمیایی با حلالهای آلی تخریب گردد . بعضی

 

اوقات هم مولکولهای آب می تواند توسط بعضی از مواد آلی جذب شده و سبب ایجاد تغییراتی در ابعاد و خواص مکانیکی آنها گردد.
مثالهایی که می توان از مشاهدات عینی روزمره خود برای خوردگی بیان نمود عبارت است از : خوردگی لوله های آب ، خوردگی بدنه اتومبیل در هوای مرطوب، خوردگی کشتی ها ، خوردگی تجهیزات و ماشین آلات در صنایع مختلف ، بویژه صنایع شیمیایی در مجاورت هوای مرطوب و یا در مجاورت با گازها ( مانند NH3 ، Nox ، H2S ، SO2 ) خوردگی شوفاژها با آب گرم ، خوردگی تجهیزات ماشین های تولید بخار و تور بین های گازی .

 

۱-۱- خوردگی الکترو شیمیایی
فعل و انفعالات خوردگی بیشتر الکترو شیمیایی است . آبی که شامل نمکهای محلول است ( مانند آ ب دریا، آب لوله کشی ، آب باران ) یکی از مایعات الکترو لیتی است که سبب انجام بیشترین واکنش های خوردگی میگردد .برای درک بهتر این این نوع خوردگی به بیان واکنشهای الکترو شیمیایی می پردازیم .

موقعی که قطعه فلزی مانند روی در مایع الکترو لیتی مانند اسید هیدروکلریک (HCL ) قرار گیرد اتمهای این فلز در اسید حل میشود یا به عبارتی دیگر توسط اسید خورده می شود . بدین ترتیب اتمهای فلز بصورت یون از فلز جدا شده و داخل الکترولیت میشود و در نتیجه جریان الکتریکی بین فلز و الکترولیت برقرار می گردد . در اینجا واکنش شیمیایی زیر به صورت اکسیداسیون در آند انجام میگیرد :

( واکنش آندی )
Zn Zn 2+ 2e-

( بداخل فلز ) (بداخل الکترو لیت ) (درسطح فلز)
و یا واکنش آندی در تولید مس( خالص) الکترودی از مس خام ( مس آندی )

(واکنش آندی ۲+ + ۲e- Cu C u
و بر عکس که واکنش زیر در آن فلز با گرفتن الکترون به صورت اتم فلز آزاد میشود ، واکنش کاتدی نامیده میشود :
(واکنش کاتدی)
Cu 2+ + 2e – Cu

(یون مس موجود
( رسوب در سطح خارجی الکترود) (الکترون از فلز) در الکترولیت)
این واکنش همان واکنشی است که در عملیات پوشش دادن سطحی قطعات با فلزاتی از قبیل طلا، نقره ، مس ، نیکل و روی انجام میگیرد .
اما فقط فلز واکنش کاتدی را میسر نمی سازد . در محلولهای اسیدی تبادل بار الکتریکی با آز اد ساختن الکترون می تواند به طریق دیگری انجام گیرد که واکنش کاتدی نامیده میشود :

۲H+ + 2e- H2

( گـــاز) ( از فلز ) ( در الکترولیت)

اکنون این مولکولهای H2 وارد الکترولیت شده و پس از اینکه از نظر حلالیت در الکترولیت به حالت اشباع در آمد ( حد حلالیت بستگی به فشار جزیی H2 خارجی دارد) به صورت گاز از الکترولیت اطراف کاتد خارج میگردد . در اینجا کاتد فلزی که می تواند از ورق پلاتینی یا گرافیت باشد ، کاملا بدون تاثیر باقی می ماند . بدین جهت است که این الکترود به عنوان الکترود هیدرو ژنی استانداردنامیده می شود . هیدروژنی که در سطح خارجی به حالت اتمی ایجاد میگردد می تواند به داخل قطعه نفوذ کرده و د ر داخل قطعه ابتدا به مولکول H2 و سپس با اکسیژن موجود در قطعه تبدیل به آب شود. این پدیده موجب تخریب فلز خواهد گردید.

یک روش برای مقایسه تمایل فلزات برای تبدیل از حالت اتمی به یونی در محلولهای مایع مقایسه نمودن اکسیداسیون نیم پیل یا پتانسیل احیا آنها با پتانسیل نیم پیل یون هیدروژن به عنوان الکترود استاندارد است . بدین ترتیب ولتاژ فلز روی مستقیما در مقابل الکترود نیم پیل هیدروژن استاندارد اندازه گیری شده است ، پتانسیل اکلترود نیم پیل استـــاندارد برای واکـــنش ZN ZN2+ + 2e- برابر ۷۶۳/۰- ولت است .
جدول (۱۳-۱) پتانسیل نیم پیل استاندارد را برای تعدادی از فلزات نشان میدهد .
فلزاتی که در جدول پایین تر از هیدروژن قرار می گیرد دارای پتانسیل منفی است و نسبت به پتانسیل هیدروژنی، آند می باشد . این فلزات دز نتیجه اکسیده شدن تبدیل به یون فلزی میشود و یون هیدروژن در نتیجه احیا شدن تبدیل به گاز هیدروژن می گردد .این واکنشها به صورت زیر انجام میگیرد :

M Mn+ + ne-
(اکسیداسیون فلز و تبدیل آن به یون فلزی)
۲H+ + 2e- H2
(احیا یونهای هیدروژن و تبدیل آن به گاز )

جدول (۱ ـ ۱ ) پتانسیل تعدادی از فلزات در مقایسه با الکترود استاندارد در ۲۵۰

واکنش اکسیداسیون ( خوردگی) پتانسیل الکترود E 0 ( در مقایسه با الکترود هیدروژن استاندارد)

ِAU AU3+ + 3e-

۲H2O O2 + 2H+ + 4e-

PT PT2+ + 2e-

 

Ag Ag+ + e-

Hg Hg2+ + 2e-

Fe2+ Fe3+ + e-

 

۲ OH – O2 + 2e-

CU CU2+ + 2e-

SN2+ SN4+ + 2e-

H2 2H+ + 2e-
498/1+
1229+
200/1
799/0 بیشتر کاتدی

۷۸۸/۰ ( تمایل کمتر برای خوردگی )
۷۷۱/۰
۴۰۱/۰
۳۳۷/۰
۱۵۰/۰
۰۰۰/۰

Pb Pb2+ + 2e-

Sn Sn2+ + 2e-

Ni Ni2+ + 2e-

CO CO2+ + 2e-

Cd Cd2+ + 2e-

Fe Fe2+ + 2e-

Cr Cr3+ + 3e-

Zn Zn 2+ + 2e-

Al Al3+ + 3e-

 

Mg Mg2+ + 2e

Na Na+ + e-

۱۲۶/۰-
۱۳۶/۰- بیشتر آندی
۲۵۰/۰- ( تمایل بیشتر برای خوردگی)
۲۷۷/۰-
۴۰۳/۰-
۴۴۰/۰-
۷۴۴/۰-
۷۶۳/۰-
۶۶۲/۱-
۳۶۳/۲-
۷۱۴/۲-

فلزاتی که در جدول (۱-۱) در بالای هیدروژن قرار گرفته، دارای پتانسیل مثبت نسبت به پتانسیل الکترود هیدروژن کاتدی است . برای این فلزات واکنشها به صورتی است که یونهای فلزی احیا شده و تبدیل به فلز اتمی میگردد :

Mn+ + ne- M

( احیا یونهای فلزی )
و گاز هیدروژن در نتیجه اکسیداسیون طبق واکنش زیر تبدیل به یون هیدروژن می گردد :

H2 2H+ + 2e-
( اکسیداسیون هیذروژن )

۱-۱-۱ پیل های گالوانیکی
از آ نجا که بیشتر فعل و انغعالات خوردگی فلزات به واکنشهای الکتروشیمیایی مربوط میگردد،درک فعل و انفعالاتی که در پیلهای گالوانیکی الکتروشیمیایی انجام میگیرد از اهمیت خاصی بر خوردار است . یک پیل گالوانیکی ماکروسکوپی از دو الکترود فلزی متفاوت تشکیل شده است ،که هر یک ازآنها در محلول الکترولیتی که حاوی یونهای آنها است ، قرار می گیرد . هر دو محلول الکترولیت

بوسیله دیوار متخلخلی از یکدیگر جدا می شود و دو الکترود توسط سیمی به یکدیگر متصل میگردد. موقعی که اتصال برقرار میگردد الکترونها از الکترود روی به طرف الکترود مسی جریان می یابد و ولت متر اختلاف پتانسیلی در اندازه ۱۰/۱ ولت را نشان می دهد . بنابراین در پیل گالوانیکی CU_ Zn
الکترود روی اختلاف پتانسیل منفی بیشتری دارد (۷۶۳/۰ولت ) در نتیجه اکسیده می شود و به یونZn 2+ تبدیل می گردد و یون Cu 2+ پس از احیا به صورت مس فلزی بر روی الکترود مسی رسوب می کند . در این دو نیم پیل واکنش به صورت ذیل انجام میگیرد :

Zn Zn2+ + 2e- E = -/763 V

واکنش آندی اکسیداسیون روی
Cu2+ + 2e- Cu E = -(+0/337) V
واکنش کاتدی احیا مس
بنابراین حاصل دو واکنش فوق ببه صورت زیر است :

Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu E = -1/100 V
در یک زوج گالوانیک الکترودی که در آن عمل اکسیداسیون انجام میگیرد آند و الکترودی که در آن عمل احیا انجام میگیرد کاتد نامیده می شود . در آند یونهای فلز و الکترونها تولید می شود .
۱ـ۱ـ۲ ـ پیل گالوانیکی با الکترود اسیدی یا بازی

پیل گالوانیکی راکه در آن ،الکترودهای آهنی و مسی در الکترولیت اسیدی بدون حضور یون فلز قرار گرفته را در نظر می گیریم. الکترودهای آهنی و مسی توسط سیمی به یکدیگر متصل میشود . پتانسیل الکترود استاندارد برای اکسیداسیون آهن ۴۴۰ /۰ ـ ولت و برای مس ۳۳۷/۰+ ولت است . بنابراین در این پیل از آنجا یی که آهن در مقایسه با مس پتانسیل منفی بیشتری داردتشکیل آند را می دهد و طبق واکنش زیر اکسید می شود :

( واکنش اکسیداسیون در آند ) Fe Fe2+ + 2e-
از آنجا ییکه یون مس در الکترولیت وجود ندارد که توسط واکنش احیا در کاتد به اتم مس تبدیل گردد ، یون هیدروژن موجود در الکترولیت احیا و تبدیل به اتم هیدروژن میگردد . حاصل واکنشی که در کاتد انجام می کیردبه صورت زیر است :
( واکنش احیا درکاتد ) ۲H+ + 2e- H2

 

چنانچه الکترولیت شامل ماده اکسید کننده ای باشد ، واکنش کاتدی زیر انجام میگیرد :

( واکنش کاتدی ) ½ O2 + 2H+ + 2e- H2O
و اگر الکترولیت، خنثی یا بازی بوده و اکسیژن هم در آن وجود داشته باشد ، مولکولهای اکسیژن و آب با واکنش کاتدی زیر به یون هیدروکسیل تبدیل می گردد:
( واکنش کاتدی ) ½ O2 + H2O + 2e- 2OH-

( در الکترو لیت ) ( از فلز ) (حل شده در الکترولیت)
و از حاصل جمع دو واکنش آندی آهن و و واکنش کاتدی آخری با هم واکنش زیر به دسـت می آید :
Fe + ½ O2 + H2o Fe(OH) 2

بنابراین خوردگی در اینجا عمدتا در آند انجام می گیرد و نیروی محرکه برای برقراری جریان و ایجاد خوردگی به پتانسیل موجود بین فلز بستگی دارد.
۱-۱-۳- پیل گالوانیکی میکروسکوپی ، خوردگی تک الکترودها
هر گاه قطعه ای (تک الکترودی ) از آهن در آب حاوی گاز اکسیژن فرو برده شود ، هیدروکسید فریک Fe(OH3) ] [در سطح آن ظاهر می گردد یا به اصطلاح آهن زنگ میزند . واکنش اکسیداسیون در مواضع میکروسکوپی آندی به صورت زیر انجام میگردد .

( واکش آندی ) Fe Fe 2+ + 2e-
و موقعی که آهن در آب ( خنثی ) اکسیژن دار غوط

 

( واکنش کاتدی ) ½ O2 + H2O + 2e- 2OH-
از حاصل جمع این دو واکنش ، واکنش زیر به دست می آید :

Fe + H2O + ½ O2 2Fe2+ + 4OH – Fe ( OH) 2

رسوب فروهیدروکسید در نتیجه اکسید شدن به فریک هیدرو کسید ، Fe(OH)3 که رنگ قرمز قهوای ( رنگ آهن زنگ زده دارد) ، طبق واکنش زیر تبدیل می گردد :

زنگ آهن Fe(OH)2 + H2O + ½ O2 Fe(oH)3
1ـ ۱ ـ ۴ ـ پیل گالوانیکی غلظت یونی

پیل گالوانیکی که شامل دو الکترود آهنی بوده و یکی از این دو الکترود در الکترولیت رقیقی از Fe2+ و دیگری در الکترود غلیظی از Fe2+ قرار گرفته باشد را در نظر می گیریم در این نوع پیل گالوانیکی الکترودی که در الکترولیت رقیق قرار گرفته در مقایسه با الکترود دوم دارای پتانسیل منفی بیشتری است که تشکیل آند را می دهد . بنابراین الکترود آهنی که در الکترولیت رقیق تر قرار گرفته در نتیجه اکسیداسیون خورده میشود .

۱-۱-۵ پیل گالوانیکی با اختلاف غلظت اکسیژن
موقعی که بر روی سطح مرطوب فلزی مانند آهن اختلاف پتانسیل اکسیژن وجود داشته باشد پیل گالوانیکی ایجاد می گردد . این نوع پیل در خوردگی فلزاتی که واکنش اکسیداسیون در آنها به آسانی انجام میگیرد اهمیت خاصی دارد .
پیلی که شامل دو الکترود آهنی است و یکی از دو الکترود در الکترولیت آب با غلظت پایینی از اکسیژن و دیگری در الکترولیتی با غلظت بالایی از اکسیژن قرار دارد را در نظر می گیریم ، واکنشهای آندی و کاتدی که در اینجا انجام می گیرد عبارتست از :
( واکنش آندی ) Fe Fe2+ + 2e-

( واکنش کاتدی ) ½ O2 + H2O + 2e- 2OH-
بنابراین ، در این نوع پیل ، الکترودی که در الکترولیت با غلظت اکسیژن بالاتری است به عنوان کاتد خواهد بود . بدین ترتیب خوردگی در مواضعی از سطح فلز ، در جایی که مقدار درصد اکسیژن نسبتا پایین است مانند تر کها ، شکافها و محل تجمع ناخالصیها ی سطحی ، با سرعت بیشتری انجام می گیرد .
برای مثال خوردگی فلزی مانندآهن را مو رد توجه قرار می دهیم در مرحله اول به صورت آندی یونیزه می شود Fe Fe2+ + 2e- ) ). در مقابل این واکنش ظاهرا واکنش کاتدی وجود ندارد . اما در واقع این چنین نیست و آزمایش نشان می دهد که در سطح آهن در کنار هم هر دو واکنش آندی و کاتدی ، موقعی که در مجاور یکدیگر مواضع کاتدی و آندی ایجاد می گردد ، انجام می گیرد .

تقسیم سطح الکترود به مواضع بسیار ریز کاتدی و آندی در کنار یکدیگر در خوردگی اهمیت بسیار زیادخواهد داشت و به نام خوردگی موضعی یا گالوانیکی معروف می باشد . در هر لحظه هر موضع کاتدی موجود، در مقابل تهاجم خوردگی حفاظت شده است . موقعی که این مواضع موقعیت بار الکتر یکی خود را به طور پیوسته تغییر دهد این پدیده به خوردگی یکنواخت تمامی سطح فلز می انجامد . اما چنانچه حالتی پیش آید که مواضع آندی و کاتدی موقعیت بار الکتریکی خود و بدین ترتیب موقعیت کنونی خود را دیگر نتواند تغییر دهد خوردگی موضعی شدیدتری بوجود می آید . مواضع ریز کاتدی ازآنجایی بوجود می آید که اکسیژن کافی برای انجام واکنش موجود باشد .

واکنش آندی در مواضعی که هنوز هم با الکترولیت تماس داشته ، ولی اکسیژن حل شده در الکترولیت نسبتا به سختی بدانجا راه می یابد انجام می گیرد . هر گاه لکه ای بر روی سطح فلز بنشیند واکنش آندی تخریب کننده در زیر لکه چرک جریان می یابد و با افزودن قطره ای اسید کرید ریک بر روی آهن فعل وانفعال صورت میگیرد . مقدار خوردگی باطولانی تر شدن زمان تاثیر افزایش می یابد . بدین ترتیب در موضع آ ند حفره عمیقی ایجاد میگردد ، در حالی که اطراف آن سطح فلز دست نخورده و سالم باقی می ماند .

عوامل دیگری مانند اختلاف در غلظت ، سرعت جریان و درجه حرارت الکترولیت و یا تاثیرباکتریها و حتی اختلاف در شدت نور تابیده به آن میتواند سبب ایجاد خوردگـی موضعی شود . مواضع معین

آندی و کاتدی می تواند ، همچنین در اثر یکنواختی ها و یا ناهماهنگی های موجود در مواد فلزی ایجاد گردد ( مانند اختلاف دو طرف درز جوش در نتیجه شرایط مختلف سرد شدن و ناخالصی های موجود در آن )همچنین در آلیاژها بین قسمتهای مختلف ساختار میکروسکوپی همگن و ناهمگن اختلاف پتانسیل هایی بوجود می آید و بدین ترتیب شرط اولیه برای ایجاد خوردگی موضعی برقرار میگردد. از این پدیده برای اچ کردن نمونه های متالوگرافی برای بررسی ساختارهای میکروسکوپی استفاده می شود .

 

 

۱ـ۱ـ۶ـ پیل گالوانیکی ایجاد شده در نتیجه اختلاف در تر کیب ، ساختار و تنش
پیلهای گالوانیکی میکروسکوپی میتواند در فلزا ت یا آلیاژها به علت وجود اختلاف در ترکیب ، ساختار و تمرکز تنش ایجاد شود . عوامل متالوژیکی تاثیر عمده ای بر روی مقاومت فلز یا آلیاژها در مقابل خوردگی خواهد داشت . این عوامل سبب ایجاد مواضع آندی و کاتدی با ابعاد مختلف میگردد ، که میتواند علتی برای انجام فعل و انغعال خوردگی الکتروشیمیایی باشد . از عوامل متالوژیکی مهم که بر روی مقاومت خوردگی تاثیر دارد عبارت است از : پیلهای گالوانیکی مرزدانه ابی ، چند فازی و ناخالصی .

۱ـ ۱ـ۷ـ پیلهای الکتروشیمیایی مرز دانه ای
در بیشتر فلزات و آلیاژها مرزدانه ها بیشتر از خود دانه ها از نظر شیمیایی فعال بوده و به عنوان آند مورد حمله شیمیایی قرار میگیرد .دلیل رفتار آندی مرزدانه ها این است که انرژی آنها بالا تر از انرژی موجود در سطح خود دانه ها( به عنوان کاتد ) می باشد . بدین تر تیب خوردگی بین دانه ها (

یابرون دانه ای ) بوجود می آید . همچنین ناخالصیها و رسوبات موجود در مرزدانه ها می تواند سبب ایجاد خوردگی موضعی گالوانیکی شود . برای بعضی از آلیاژها موقعیت بر عکس این حالت است و رسوبات شیمیایی سبب میشود که تمایل مرز دانه ها برای واکنش شیمیایی کمتر ( یا کاتدی تر ) از نقاط مجاور آنها شود . این شرایط سبب می شود که ترجیها نقاط مجاور مرز دانه ها خورده شود .
۱ـ ۱ـ۸ـ پیل های الکترو شیمیایی چندین فازی
در بیشترین حالتهای مقاومت خوردگی یک آلیاژ تک فاز بیشتر ا ز یک آلیاژ چندین فازی است . در این مورد می توان از خوردگی گالوانیکی چندین فازی که در چدن خاکستری پرلیتی پدیدار میگردد ، به عنوان یک مثال ساده نام بر د . ساختار میکروسکوپی چدن خاکستری پرلیتی شامل لایه های نازک گرافیت در زمینه پرلیتی اطراف آن است ، رفتار گرافیت کاتدی و پرلیت مجاور آن آندی خواهند بود

.بدبن ترتیب واکنش خوردگی می تواند در فاز پرلیتی زمینه انجام گیرد ، به نحوی که چدن تقریبا به شکل شبکه ای از لایه های نازک گرافیک باقی می ماند . مثال دیگر در مورد تاثیر فاز دوم در کاهش مقاومت خوردگی یک آلیاژ تاثیر تمپر کردن است بر روی مقاومت خوردگی فولادی با C%95/0 . موقعی که این فولاد به حالت مارتنزیت تبدیل گردد سرعت خوردگی در آن نسبتا پایین است .زیر

ا که مارتنزیت یک فاز محلول جامد فوق اشباع از کربن به صورت بین نشینی در شبکه تترا گونال مرکز دار آهن است . بعد از تمپر کردن در دمایی بین ۲۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد ، رسوبات ریز کاربید و سمنتیت ( Fe3C )تشکیل میگردد .این ساختار دو فازی پیل گالوانیکی را بوجود می آورد و سرعت خوردگی فولاد را افزایش می دهد . در درجه حرارت تمپر کردن بالاتر ( بیش از ۵۰۰ درجه سانتی گراد ) سمنتیت به صورت دانه های بزرگتری شکل می گیرد و در نتیجه سرعت خوردگی کاهش می یابد.

نا خالصی هـــــا
ناخالصی های فلزی در یک فلز یا آلیاژ می تواند سبب ایجاد رسوب در فازهای بین فلزی شود که پتانسیل اکسیداسیون متاوتی نسبت به فلز زمینه دارد ، بدین ترتیب مواضع بسیار کوچک آندی یا کاتدی ایجاد می گردد ، که در مجاورت فلز زمینه میتواند سبب خوردگی گالوانیکی شود بدین جهت مقاومت خوردگی فلزا ت خالص بالاتر است .

۱ـ ۲ـ سرعت خوردگی
کاربرد صنعتی فلزات و آلیاژهای آنها معمولا تحت شرایطی است که انجام فعل و انفعال خوردگی بستگی به سرعت جریان الکتریکی ، که به دلیل اختلاف پتانسیل موجود بین الکترودها می تواند در سیستم جریان یابد ، دارد . این مطلب در خوردگی گالوانیکی کاملا واضح است . بنابراین باید

تهاجم خوردگی قرار می گیرد تا حد امکان به حد رضایت بخشی برسد . بدین منظور ابتدا می توانیم با تقریب نسبتا زیاد اختلاف پتانسیل استاندارد را به عنوان معیاری برای سرعت واکنش خوردگی در جفت الکترود و برای مثال آهن ـ مس مورد توجه قرار دهیم ( جدول ۱۳ـ۱ )

E cu – Efe = 0/35 – ( – 0/44 ) = 0/79 V
این اختلاف پتانسیل سبب انجام مراحل زیر در فعل و انفعال خوردگی میگردد :
۱ـ واکنش آندی آهن با ایجاد یونهای Fe 2+ و الکترونها
۲ـ جریان الکترونها از آهن به مس از طریق هادی فلزی
۳ـ واکنش کاتدی در مس با گرفتن الکترونها

۴- حرکت یونهای Fe 2+ وOH – در الکترولیت به کاتد یا آند
جریان خوردگی (I ) باید به ترتیب هر یک از مراحل فوق را طی کند . جریان خوردگی از رابطه شناخته شده اهم متابعت می کند :
E 1 _ E 3
رابطه (۱ ـ ۱ ) I =
R 2 + R 4
در این رابطه اندیس ها به مراحل نامبر ده شده مربوط می شود .
بنابراین سرعت خوردگی را می توان از طریق کاهش دادن جریان خوردگی کنترل نمود . اما برای کنترل و کاهش جریان خوردگی افزایش مقاومت های الکتریکی R1 و R2 چندان مناسب نیست . مقاومت الکتریکR2 در فلز هادی بسیار جزیی است . با این وجود ، اگر آهن در مقابل مس از لحاظ الکتریکی عایق گردد ، مقاومت آن می تواند به شدت افزایش یابد . مقاومت الکترولیت R 4 را می توان با رقیق کردن محلول الکترولیت بالا برد . بر عکس مقدار پتانسیل الکتریکیE1 و E 2 جریان

خوردگی از اهمیت خاصی برخوردار است . در یک جفت فلز ،آن فلزی در معرض تهاجم خوردگی قرار می گیرد ، که در جدول پتانسیل الکترو شیمیایی دارای پتانسیل کمتری است .برای مثال در جفت الکترود آهن ـ مس ، آهن خورده می شود و در آهن ـ روی ، روی حل میشود و آهن سالم بر جای می ماند . بدین جهت برای حفاظت از خوردگی فولاد از روی اندود کردن آن استفاده صنعتی می شود . لایه روی از فولاد در مقابل خوردگی محافظت خواهد کرد . اما اگر به جای روی از قلع به عنوان لایه محافظ فولاد استفاده شود و در موضعی از این پوشش شکافی ایجاد گردد خوردگی

فولاد می تواند شدیدتر شود ، زیرا که تمایل قلع برای واکنش کمتر از فولاد است

.
معمولا” در عمل مقدار پتانسیل واقعی ایجاد شده در حد قابل ملاحظه ای با پتانسیل داده شده در جدول ( ۱ ـ ۱ ) اختلاف خواهد داشت . بدین جهت برای کاربردها ی عملی پتانسیل الکترو شیمیایی ، که به دلیل قابلیت واکنش جامدات فلزی در محیط های خوردنده معینی اندازه گیری شده است ، مناسب تر است ( جدول ۱ – ۲ ) . بدین دلیل این جدول راهنمای خوبی برای انجام پیش بینی های لازم در ساخت قطعات و تجهیزاتی است که در عمل در تماس با محیط های

خورنده بوده و به دلایل فنی و یا اقتصادی باید از فلزات مختلف ساخته شود . جـدول ( ۱ ـ ۲) پتانسیل تعدادی از فلزات و آلیاژهای مختلف در محیطی از آب اشباع شده از هوا و همچنین آب با شرایط محیط دریارا نشان می دهد .
موقعی که دو فلز متفاوت در اتصال با یکدیگر بوده و در هوای کاملا خشک قرار گیرد واکنش خوردگی انجام نمی گیرد ، زیرا که برای برقرار شدن جریان بین الکترودها الکترولیتی وجود ندارد . اما در صورتی که محیط مرطوب باشد این رطوبت عمل الکترولیت را انجام خواهد داد و جریان خوردگی برقرار می گردد . سرعت خوردگی به مقدار رطوبت و همچنین گاز های موجود در محیط بستگی خواهد داشت . برای مثال خوردگی در نزدیکی سواحل دریـا و در محیط هایی که بخار آب دریا زیاد و یا احیانا گازهای دیگری وجود دارد بیشتر است.

فعل و انفعالات ممانعت کننده در الکترودها بر روی اختلاف پتانسیل اتصال تاثیر به سزایی دارد . این فعل وانفعالات ممانعت کننده در نتیجه تاثیر تغییرات بوجود آمده در الکترودها و یا محیط اطراف الکترود هاست . این تغییرات خود سبب ایجاد تغییراتی در پتانسیل واقعی از حالت تعادل میشود . پدیده های ممانعت کننده موقعی ظاهر می شود که محصولات حاصل از واکنش در محلول الکترولیت در نزدیکی الکترودها تجمع یابد ( پلاریزاسیون غلظت ) و یا موقعی که ترکیب مجدد گازهای بوجد آمده در بسیاری از فعل و انغعالات الکترودی به تاخیر افتد . از آنجایی که واکنشهای آندی و کاتدی در پیل الکتروشیمیایی را می توان مشابه با اتصال سری مدار الکتریکی فرض نمود این امکان وجود دارد که واکنش های ممانعت کننده در کاتد یا آند و یا تر کیبی از تمایل آنها سرعت خوردگی را کاهش دهد .

تا کنون مطالعه خوردگی فلزات با استفاده از تمایل آنها به واکنش خوردگی به کمک مقایسه پتانسیل آنها با پتانسیل الکترود استاندار د هیدروژن در شرایط تعادل انجام گرفت . در صورتی که سیستم های خوردگی عموما” در حالت تعادل نیست و بنابراین پتانسیل ترمودینامیکی چندان کاملی در مورد سرعت واکنش های خوردگی ارایه نمی دهد . سرعت سیستمهای خوردگی بسیار پیچیده بوده و به طور کامل غیر قابل درک است .

از دیدگاه صنعتی سرعت خوردگی یکنواخت می تواند به کمک روشهای مختلفی اندازه گیری شود . ساده ترین روش اندازه گیری سرعت خوردگی یکنواخت ، اندازه گیری کاهش وزن نمونه در خوردگی با محیط اطراف آن در مدت زمان معین است . این کاهش وزن نسبت به واحد سطح و واحد زمان اندازه گیری می شود . برای مثال سرعت خور دگی یکنواخت اغلب به میلی گرم در دسی متر مربع در روز (m d d )اندازه گیری میشود .
سرعت خوردگی یکنواخت از طریق اندازه گیر

ی عمق خوردگی در واحد زمان هم انجام میگیرد . برای مثال میل در سال ( m p y ) ( میل = یک هزارم اینچ ) .
از آنجاییکه در واکنش خوردگی کاهش وزن از سطح معینی از فلز متناسب با چگالی جریان است ، سرعت خوردگی را می توان به کمک چگالی جریان هم تعیین نمود . به دیـن ترتیب وزن فلزی ( به میلی گر م ) که در واکنش خوردگی از هر واحد سطح ( به سانتی متر مربع ) در هر ثانیه، موقعی که جریان الکتریکی با چگالی ثابت از فلز عبور کند ، به عنوان سرعت خوردگـی ( m c s ) از رابطه زیر تعیین می گرد د :

I * m * 1000

= (mc s ) سرعت خوردگی
n F

در این رابطه = چگالی جریان به آمپر بر سانتی متر مربع ( A/C m 2)
= وزن اتمی فلز
= تعداد الکترونهای آزاد شده
= ثابت فارادی = ۹۴٫۴۹۰ / m o l
مثال ( ۱ـ ۱ ) : فلز روی در نتیجه جریانی با چگالی cm2 )) 10 × ۴۲ / ۳ به تدریج خورده میشود . سرعت خوردگی را به میلی گرم در هر سانتی متر مربع در ثانیه و به میلی گرم در هر دسی متر در روز تعیین نمایید .

حــــل :طبق رابطه ( ۱ ـ ۲ ) :

 

۱۰۰۰× g/ mol 37/65 × A/c m 2 7-10 × ۴۲/۳
m c s ) = ) سرعت خوردگی C/ m o l ) )490/ 96× ۲
m g / ( c m 2 . 5 ) 7-10 × ۱۶ /۱ =

c m100 h 24 s3600 m g
0 0 0 7-10 × ۱۶ / ۱ = (m d d )سرعت خوردگی
c m 2 . s h d a y d m 2

m g / ( d m 2 . d a y ) 00/1 =

جدول (۱ – ۲ ) پتانسیل ( الکترو نگاتیویته ) بعضی از فلزات و آلیاژ ها در مجاورت آب دریا ( آب جاری اشباع شده از هوا به طور مصنوعی ۵/۷ =PH ، ۲۵= ‏T درجه

سانتی گراد و فشار مساوی یک آتمسفر )
نام فـــلز یا آلیــــاژ پتانسیل به mV نام فـــلز یا آلیــــاژ پتانسیل به mV
طـــــلا
نقـــــره
نیکــل(%۶/۹۹)
برنج Ms70
برنــج ۶۳ Ms
مـــس ۲۴۳+
۱۴۹+
۴۶+
۲۸+
۱۳+
۱۰+ برلیم مس ، سخت
نقره نو Ms 6218
AL MB 10
لحیم نقره
برلیم نیکل ، سخت
تیتا نیوم
۰
۱ـ
۱ـ
۱۵ـ
۱۶ـ
۴۵ـ

نام فلــــز یا آلیـــــاژ پتانسیل به m V

ســـرب ( % ۹۹/۹ )
روی ( % ۹۸/۵ )
پوشش کرمی سخت بر روی فولاد ۵۰ u m
فــــولاد M U S T 4

ALC u M g

چدن خاکستری-۲۲ ( کوره الکتریکی )
چدن خاکستری – ۲۲( کوره کوپـــل )
چدن خاکستری – ۱۸ ( کوره الکتر یکی )
کادمیم ( فلز آندی )
آلو مینیو م ( % ۹۹/۵ )
آلیــــاژ ALM g S I
پوشش روی ( اسیدی um 100 ) بر روی فو لاد
پوشش روی ( سیا نیدی u m 100 ) بر روی فولاد
قلـــع % ۹۸
آلیـــاژ G D Z n A L 4
آلیـــاژ G K Z n A L 6 C U L
259 ـ

۲۸۴ ـ
۲۹۱ ـ
۳۳۵ ـ

۳۳۹ ـ

۳۴۷ ـ
۳۵۱ ـ
۴۵۵ ـ
۵۱۹ ـ
۶۶۷ –
۷۸۵ ـ
۷۹۴ ـ
۸۰۶ ـ
۸۰۹ ـ
۹۳۵ ـ
۹۸۷ ـ

 

۱ ـ ۳ ـ انواع خوردگی
۱ – ۳ – ۱ – خوردگی یکنواخت
متداولترین خوردگی ، خوردگی یکنواخت است . در این نوع خوردگی واکنش الکترو شیمیایی یا شیمیایی به طور یکنواخت در تمامی سطح فلز گسترش می یابد . به دین ترتیب فلز به مرور زمان نازکتر شده و بالاخره از بین می رود . در این نوع خورد گی ترس از پدیدار گشتن خسارت ناگهانی وجود ندارد .

۱ ـ ۳ ـ ۲ ـ خوردگی گالوانیکی
خوردگی گالوانیکی بین فلزات مختلف در اوایل این بخش بررسی گردید . اختلاف پتانسیل الکتروشیمیای سبب پدیدار گشتن خوردگی در آنها می گردد .
فولاد گالوانیزه شده ، که با لایه ای از ر وی پوشیده شده است مثال ساده ای است برای حالتی که فلزی ( مانند روی ) برای حـفاظت فولاد از خوردگی به کار رفته است . موقعی که فولاد و روی اتصال با هم نداشته باشند هر دو با سرعت تقریبا“ برابری خورده می شوند . اما موقعی که این دو فلز با هم اتصال داشه باشند ، فلز روی به صورت آندی خورده می شود و بدین ترتیب روی ، فولاد را ( به عنوان کاتد ) از خوردگی محافظت می نماید .

مثال دیگر ، پوشش دادن فولاد با لایه ای از قلع است .طبیعت غیر سمی بودن نمکهای قلع کاربرد آنرا در ظروف مواد غذایی ممکن ساخته است . در شرایط معمولی محیط قلع نسبت به فولاد کاتد را تشکیل میدهد . بنابراین اگر خراش یا شکافی در سطح خارجی قطعه فولادی قلع اندود شده ایجاد گردد ، به طوری که فولاد راهی به هوای محیط پیدا کند ، خوردگی در فولاد انجام می گیرد و قلع سالم باقی می ماند . در هر صورت با عدم وجود اکسیژن هوای قلع نسبت به فولاد آند را تشکیل می دهد . در این حالت قلع ماده مناسبی برای پوشش ظروف غذایی و آشامیدنی خواهد بود . اما وجود مقدار مختصری اکسیژن در سطح فلز سبب تغییر قطب و در نتیجه خوردگی میگردد . بنابراین همانطوری که از این مثال بر می آید اکسیژن عامل مهمی در خوردگی گالوانیکی می باشد .

۱ ـ ۳ ـ ۳ ـ خوردگی حفره ای

خورده گی حفره ای نوعی از خوردگی موضعی است که به دنبال ان حفره هایی در سطح فلز ظاهر گشته و با ادامه فعل و انفعال خوردگی عمیق تر می گردد . این خوردگی بسیار مخرب است .
ناخالصی های غیر فلزی ، ناهمگنی های ساختاری و شیمیای د ر سطح فلز نقاط معمولی مناسبی برای آغاز این نو ع خوردگی و شروع ایجاد حفره می باشد اختلافات موجود در یون و غلظت اکسیژن با ایجاد پیلهای غلظتی می تواند حفره هایی را به وجود آورد .
فعل وانفعالاتی که در رشد حفره ها در محیط آب نمک حاوی هوا برای فلز آهن صورت می گیرد در نظر می گیریم ، واکنش آندی فلز در ته حفره انجام میگیرد :

( واکنش آندی ) M M n+ + ne –

و واکنش کاتدی در سطح فلز در مجاور حفره انجام می گیرد . این واکنش در اثر واکنش اکسیژن با آب و الکترونهای آزاد شده از واکنش های آندی است :

( واکنش کاتدی ) O2 + 2 H 2 O + 4 e- 4 O H –
بنابراین فلز اطراف حفره در مقابل خوردگی حفاظت میشود ، سپس ترکیب M C L با آب طبق واکنش زیر تولید هیدروکسید فلز و اسید می کند :

M C L + H 2 O M O H + H C L
بدین ترتیب غلظت اسیدی بالایی در ته حفره به وجود می آید که سبب افزایش سرعت واکنش آندی می گردد . شناسایی خوردگی حفره ای اغلب مشکل است ، زیرا که حفره های کوچک ممکن است توسط محصولات خوردگی پوشیده شود . تعـداد و عمق حفره ها می تواند متفاوت باشد ، بنابراین ارزیابی وسعت خسارت خورده گی حفره ای چندان آسان نخواهد بود .خورده گی حفره ای در نتیجه طبیعت موضعی آن می تواند به طور ناگهانی شکستهای غیر منتظره ای را به همراه داشته باشد

برای جلوگیری از خوردگی حفره ای باید تا آنجا که ممکن است از موادی که تمایل به این نوع خوردگی ندارند استفاده شود و در صورت اجبار در بعضی از طراحی ها موادی با بهتر ین مقاومت خورده گی به کار برده شود . برای مثال فولاد زنگ نزنی که برای محیط های یون کلراید دار به کار می رود ، از نوع فولاد ۳۱۶ با %۱۸ C r ،% ۸ Ni ، % ۲ M O است . مقاومت خوردگی حفره ای این فولاد بهتر از فـولاد زنگ نـزن بدون عنـصر مولیبدن ( مانند فولاد نوع ۳۰۴ ) است .

۱ ـ ۳ ـ ۴ـ خوردگی شکافی
خوردگی شکافی نوعی از خوردگی الکتروشیمیایی موضعی است که در شکافها و در زیر سطوح فلزی پوشش داده شده ( به عنوان لایه محافظت کننده ) ، در جـایی که محلولهای راکد وجود دارد ، ظاهر می گردد . برای مثال محلولهای مناسب این نوع خوردگی بیشتر می تواند زیر واشرها ، میخ پرچها ، پین ها ، دریچه شیر ها ، محل بین تکیه گاهها و یاتاقانها باشد . این نوع خوردگی در بسیاری از سیستمها آلیاژی مانند فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای تیتانیوم ، آلومینیوم و مس ظاهر می گردد .

ظاهر شدن خوردگی شکافی مستلزم عریض بودن کافی شکاف برای ورود مایع به داخل آن و باریک بودن کافی راه خروج به منظور نگه داشته شدن مایع به صورت راکد در آن است .
مکانیزم خوردگی شکافی تا حدود زیادی مشابه با مکانیزم خوردگی حفره ای است . به منظور کاهش خورد گی در طراحی بعضی از تجهیزات سعی میشود تا حد امکان برای اتصال قطعات به یکدیگر از جوشکاری استفاده شود و در مورد واشرها از واشرهای غیر فلزی با قابلیت جذب کننده ای بسیار پایین مانند تفلون استفاده شود .

۱ ـ ۳ ـ ۵ ـ خوردگی بین دانه ای
خوردگی بین دانه ای مربوط به خوردگی غیر یکنواخت یا مو ضعی در مرزدانه ها می گردد . این نوع خوردگی می تواند در مواردی همانند خوردگی حفره ای خسارات غیر منتظره فاجعه آمیزی را به همراه داشته باشد .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 65 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد